Białko C-reaktywne (ang. C-reactive protein, CRP) jest markerem stanu zapalnego. Należy do rodziny białek ostrej fazy wchodzących w skład układu dopełniacza i będących podstawowym elementem wrodzonej odporności humoralnej. Bierze udział w wielu procesach patofizjologicznych, zmierzających do przywrócenia homeostazy organizmu.
1. Historia odkrycia białek CRP
Białko C-reaktywne zostało odkryte w 1930 roku przez Williama Tilletta i Thomasa Francisa z Laboratorium Bakteriologicznego Instytutu Rockefellera w Nowym Jorku. Wyizolowali oni frakcję polisacharydów z otoczki bakterii Streptococcus pneumoniae, powszechnie znanych jako pneumokoki. Wyodrębniony związek nazwali frakcją C. Następnie odkryli, że frakcja C występuje w surowicy chorych z ostrym pneumokokowym zapaleniem płuc, a jej poziom zmniejsza się po podaniu leków i całkowicie zanika po powrocie pacjenta do zdrowia. Autorzy usiłowali wyjaśnić ten proces mechanizmami immunologicznymi. [8]
W 1933 r. lekarka Rachel Ash ze szpitala dziecięcego w Filadelfii zauważyła wysoki poziom frakcji C w surowicy dzieci chorych z powodu ostrych infekcji o różnej etiologii. W wyniku swoich obserwacji doszła do wniosku, że wyjaśnieniem mogą być pewne niespecyficzne, fizykochemiczne reakcje wywołane w organizmie obecnością ostrej infekcji. W 1941 r. zespół badawczy pod kierunkiem Oswalda Avery’ego z Laboratorium Bakteriologicznego Instytutu Rockefellera w Nowym Jorku ostatecznie opisał właściwości fizyko-chemiczne frakcji C. Naukowcy przyporządkowali ten związek do grupy białkowych czynników osoczowych i nadali mu nazwę “białko C-reaktywne”. [8]
2. Budowa białek CRP
Białka C-reaktywne kodowane są przez gen zlokalizowany na chromosomie 1. [12] Białka te charakteryzują się krótkim łańcuchem peptydowym. [4] Ich masa cząsteczkowa wynosi około 120 kDa. Na N-końcu łańcucha polipeptydowego znajduje się reszta kwasu pirolidynokarboksylowego (PCA). Natomiast fragment C-końcowy zawiera reszty proliny. [6]
Białka CRP zbudowane są z pięciu takich samych podjednostek o kulistym kształcie. Każda z nich zawiera 187 aminokwasów. [7] Podjednostki połączone są ze sobą wiązaniami niekowalencyjnymi. Każda podjednostka zawiera pojedynczy mostek dwusiarczkowy zbudowany z reszt cysteiny oraz miejsca wiązania jonów wapnia z ligandami. [6]
Wśród ligandów wiązanych przez białko C-reaktywne wyróżnia się fosfolipidy, polikationy, polianiony i lipofosfoglikany. Reakcje wiązania ligandów przez CRP są możliwe dzięki obecności wiązania wodorowego, które powstaje między resztą kwasu glutaminowego i zasadową resztą choliny. W ich wyniku białko CRP tworzy kompleksy z organellami komórkowymi lub ich fragmentami zawierającymi wyżej wymienione ligandy. [6]
3. Synteza białek CRP
Powstawanie białek CRP zachodzi w komórkach wątroby – hepatocytach i w komórkach Browicza-Kupffera. [6] Ekspresję ich genów obserwuje się także w komórkach krwi obwodowej, w nerkach, w grasicy, w mózgu i w płucach. [11] Syntezę białek CRP inicjują cytokiny prozapalne, takie jak interleukina-6 (IL-6) i interleukina-8-beta (IL-1β) oraz czynnik martwicy nowotworów alfa (ang. tumor necrosis factor alpha, TNF-α). [1] Wpływają one na aktywację genów odpowiedzialnych za syntezę CRP poprzez fosforylację czynnika transkrypcyjnego. [6]
Okres półtrwania białek CRP wynosi około 19 godzin. Oznacza to, że wzrost ich stężenia pojawia się zwykle w pierwszej dobie od momentu zapalenia. [1] Poziom białek CRP rośnie znacznie szybciej niż odczyn Biernackiego (OB), prędzej też wraca do wartości prawidłowych. [6] Ponadto w przebiegu niektórych chorób zauważa się systematyczne zwiększanie się stężęnia białek CRP w surowicy krwi pomimo zastosowanego leczenia. [1]
4. Receptory dla białek CRP
Receptorami wiążącymi białka C-reaktywne są:
- receptory FcγRI (CD64)
- receptory FcγRIIa (CD32)
- receptory FcγRIIb (CD32B) [26]
Receptory FcγRI wykazują wysokie powinowactwo dla immunoglobuliny G (IgG). [26] Należą do receptorów stymulujących. Nasilają fagocytozę i uwalnianie cytokin prozapalnych. [27] Biorą udział w wiązaniu CRP z komórkami żernymi. [26]
Receptory FcγRIIa są głównymi receptorami dla CRP na komórkach monocytarnych. [26] Podobnie jak receptory FcγRI, mają działanie stymulujące. [27] Receptory FcγRIIa są odpowiedzialne za wiązanie IgG z antygenami w kompleksach immunologicznych i ich usuwanie z krwiobiegu. Receptory te wpływają na aktywność komórek układu odpornościowego i regulują odpowiedź immunologiczną organizmu. Biorą one udział w prezentacji antygenów, w procesach fagocytozy, w reakcjach cytotoksycznych z udziałem przeciwciał, w regulacji ekspresji cytokin i w mechanizmach wytwarzania reaktywnych form tlenu. [28] Receptory FcγRIIa charakteryzują się wyjątkowo mocną ekspresją na płytkach krwi. Biorą udział w ich aktywacji i nasilają ich agregację. [29]
Receptory FcγRIIb pełnią natomiast funkcję receptorów hamujących. Ograniczają aktywność komórek i blokują funkcje białka CRP. [27] Zapobiegają nadmiernemu pobudzeniu limfocytów. Zaburzona liczba lub funkcjonowanie tych receptorów może prowadzić do rozwoju chorób o podłożu autoimmunologicznym. [28]
5. Wybrane funkcje białek CRP
5.1. Białko CRP jako marker stanu zapalnego
Biomarkery to związki o właściwościach diagnostycznych. Biomarkery wykorzystywane są w ocenie występowania i poziomu nasilenia wielu chorób. Jednym z najczęściej stosowanych biomarkerów w diagnostyce medycznej jest białko C-reaktywne. W warunkach zdrowia jego poziom w surowicy jest niewielki (zwykle < 1 mg/l). Pod wpływem reakcji zapalnej wartości te wzrastają kilkudziesięcio- lub nawet kilkusetkrotnie w stosunku do normy. Poziom białka CRP rośnie w przebiegu chorób autoimmunologicznych, w nieswoistych chorobach zapalnych jelit (NChZJ), podczas infekcji, po urazach, w przebiegu nowotworów i w chorobach układu sercowo-naczyniowego. Ze względu na jego właściwości oznaczanie poziomu CRP stosowane jest rutynowo w codziennej praktyce klinicznej. [1]
Pomiary CRP wykonywane są także w celu diagnostyki różnicowej. Poziom tego białka nie wzrasta bowiem w przypadku infekcji wirusowych. Oznaczanie ilości białka C-reaktywnego pozwala także kontrolować stan chorych po zabiegach chirurgicznych. Nagły wzrost jego stężenia w surowicy krwi może świadczyć o zakażeniu bakteryjnym i może wymagać niezwłocznego włączenia antybiotykoterapii. Jednak oznaczanie CRP ma także wiele ograniczeń. Problem pojawia się, gdy infekcja bakteryjna nałoży się na chorobę podstawową, np. nowotwór czy chorobę autoimmunologiczną. W takiej sytuacji dokonuje się wielu pomiarów w ciągu doby, aby zweryfikować, czy poziom białka C-reaktywnego rośnie czy nie. [9]
5.2. Udział białek CRP w chorobach sercowo-naczyniowych
Choroby sercowo-naczyniowe są najczęstszą przyczyną zgonów na świecie. Charakteryzują się m.in. uszkodzeniem śródbłonka naczyń krwionośnych, zapaleniem naczyń wieńcowych, powstawaniem zakrzepów czy nieprawidłowym działaniem serca. Dotychczas sądzono, że zmiany w naczyniach spowodowane są głównie akumulacją cholesterolu i wapnia. Jednakże od kilku lat wskazuje się na udział czynników zapalnych w patomechanizmie tych chorób. [2]
W badaniach nad etiopatologią miażdżycy wskazuje się na ścisły związek procesów zapalnych z ewolucją blaszki miażdżycowej. [3] Eksperymenty prowadzone pod kierunkiem Paula Ridkera wykazały, że wysoki poziom białek ostrej fazy, w tym białek CRP, odgrywa większą rolę w powstawaniu ostrych zespołów wieńcowych niż poziom cholesterolu LDL. Nadmierne stężenie CRP w wyniku stanu zapalnego może indukować niszczenie śródbłonka naczyń krwionośnych i uszkodzenia naczyń wieńcowych. [2] Dzieje się to w wyniku uwalniania cytokin zapalnych pod wpływem wysokiego poziomu CRP. Pod ich wpływem dochodzi do tworzenia nacieków monocytarnych. Białko CRP łączy się z receptorami na monocytach, powodując ich aktywację. W konsekwencji dochodzi do utrzymywania się ciągłego stanu zapalnego. Przyczynia się to do powstania niestabilnej blaszki miażdżycowej. [3] Destabilizacja blaszki i jej pękanie prowadzi do ostrego zespołu wieńcowego. [4] Jednocześnie białko C-reaktywne może nasilać zapalenie i inicjować tworzenie zakrzepów. Białko to może również przyczyniać się do upośledzenia czynności śródbłonka na skutek przyłączania cholesterolu frakcji LDL, przez co ułatwia jego wnikanie do makrofagów. Doprowadza to do powstania komórek piankowatych i wczesnych zmian miażdżycowych. [19]
5.3. Udział białek CRP w nieswoistych chorobach zapalnych jelit
Do nieswoistych chorób zapalnych jelit zalicza się chorobę Leśniowskiego-Crohna (ChLC) oraz wrzodziejące zapalenie jelita grubego (WZJG). Oznacanie poziomu białek CRP służy ocenie aktywności tych chorób. Wzrost stężenia CRP koreluje z nasileniem objawów i z rozwojem zmian w obrębie błony śluzowej jelit. Natomiast spadek poziomu CRP w wyniku zastosowanych leków wskazuje na prawidłową odpowiedź na leczenie i prognozuje poprawę stanu zdrowia pacjenta. [1] Oznaczanie CRP stosuje się również w diagnostyce różnicowej NChZJ i zaburzeń czynnościowych jelit. [10]
Wzrost CRP u pacjentów z NChZJ wynika z gromadzenia się interleukiny-6 i TNF-α w krezce jelitowej w odpowiedzi na stan zapalny. Podczas zaostrzenia choroby dochodzi do dysbiozy jelitowej, czyli zaczynają się namnażać bakterie powodujące zapalenie ściany jelita. Dochodzi do zwiększenia jej przepuszczalności i migracji bakterii. Interleukiny i TNF-α zostają uwolnione do światła jelita w celu eliminacji drobnoustrojów. Wzrost ich stężenia pociąga za sobą nasilenie syntezy białek CRP. [10] Te z kolei aktywują makrofagi i regulują proces immunofagocytozy, za który odpowiedzialne są komórki żerne. [6]
5.4. Udział białek CRP w reumatoidalnym zapaleniu stawów
Reumatoidalne zapalenie stawów (RZS) jest przewlekłą, układową chorobą tkanki łącznej o podłożu autoimmunologicznym. Charakteryzuje się zapaleniem stawów oraz degradacją chrząstki stawowej i kości. Skutkiem RZS jest postępujące niszczenie chrząstki stawowej i okolicznych tkanek, a także deformacja stawów, co prowadzi do niepełnosprawności i przedwczesnej śmierci pacjenta. Wśród kryteriów rozpoznania RZS znajduje się podwyższenie poziomu białka CRP. Wartość stężenia białka C-reaktywnego odpowiada zmianom aktywności choroby w ciągu ostatnich kilku dni przed badaniem. [5]
U chorych na RZS stężenie białka CRP dodatnio koreluje ze wskaźnikiem Larsena, oceniającym radiologicznie uszkodzenie stawów. Wzrost poziomu białka C-reaktywnego odzwierciedla zwiększony metabolizm chrząstki stawowej. Wskazuje również na stan zapalny toczący się w błonie maziowej stawów. [5]
5.5. Oczyszczanie organizmu
Podstawową rolą białek CRP jest usuwanie z organizmu obcych antygenów i drobnoustrojów, a także martwych komórek. Dzieje się to na skutek tworzenia kompleksów z szeregiem produktów rozpadu drobnoustrojów czy tkanek. Białko CRP, w obecności jonów wapnia, wiąże się z fosfocholiną prowadząc do ich usunięcia lub do zmniejszenia ich aktywności. Ponadto białko CRP może wiązać się z błoną bakteryjną co prowadzi do aglutynacji i rozpuszczania otoczki drobnoustroju. Dodatkowo białko CRP aktywuje mechanizmy łączenia się przeciwciał z antygenami. Ogranicza to procesy powstawania i rozwoju infekcji. Działanie białka CRP może być także pośrednie, poprzez aktywację układu dopełniacza. Układ dopełniacza pod wpływem białka CRP aktywuje bakteriolizę. Ma on również zdolność do eliminacji innych patogenów, takich jak pierwotniaki, grzyby i wirusy, bez udziału przeciwciał. [9]
5.6. Udział białek CRP w cukrzycy typu 2
Cukrzyca typu 2. jest chorobą metaboliczną związaną z zaburzeniami gospodarki węglowodanowej. Powoduje ciężkie wielonarządowe powikłania. W wyniku cukrzycy organizm jest w ciągłym stanie zapalnym. Białka ostrej fazy, m.in. białka CRP, są syntetyzowane i uwalniane w zwiększonej ilości w celu ograniczenia procesów destrukcyjnych. Ich ilość wzrasta także w celu stymulowania procesów odtwórczych i naprawczych tkanek objętych zapaleniem. Poziom CRP koreluje dodatnio z zaawansowaniem choroby, stopniem uszkodzenia tkanek i stadium procesu martwiczego. Najwyższe wartości CRP obserwuje się u pacjentów długo chorujących, u których występują przewlekłe powikłania cukrzycy (np. retinopatie, nefropatie czy neuropatie). Dodatkowo występuje silny związek pomiędzy stężeniem CRP a poziomem hemoglobiny glikowanej (HbA1c) i wartością glukozy na czczo u pacjentów chorujących na cukrzycę typu 2. [11].
5.7. Białka CRP w przebiegu chorób nowotworowych
Nowotwory są grupą chorób, w przebiegu których dochodzi do rozwoju lokalnego stanu zapalnego. Ten z kolei, w przebiegu choroby nowotworowej, może przeobrazić się w uogólniony stan zapalny. Komórki nowotworowe stymulują układ odpornościowy uruchamiając reakcje ostrej fazy o umiarkowanym nasileniu. W celu zachowania homeostazy organizmu limfocyty i monocyty lub makrofagi uwalniają cytokiny (TNF-α i liczne interleukiny), a te z kolei indukują syntezę białek CRP. Zmiany poziomu CRP zależą od rodzaju nowotworu, zaawansowania choroby i wielkości guza. [12]
W przypadku raka piersi wzrost stężenia CRP obserwuje się w późnym stadium choroby i w przypadku przerzutów. [13] U chorych na raka jelita grubego poziom CRP rośnie proporcjonalnie do spadku liczby limfocytów i jest markerem diagnostycznym osłabienia układu odpornościowego pacjenta. [14] Natomiast u chorych z niedrobnokomórkowym rakiem płuca oraz u osób chorujących na nowotwory gardła i krtani obserwuje się istotną zależność pomiędzy poziomem CRP a wielkością guza. [15,18] W przypadku raka przełyku białko CRP jest także czynnikiem prognostycznym. U chorych ze stężeniem CRP poniżej 10,0 mg/l mediana przeżycia jest czterokrotnie wyższa niż u osób, u których wartość ta jest wyższa. [16] Podobnie sytuacja wygląda w przypadku raka pęcherza moczowego. [17]
5.8. Rola białek CRP w chorobie Alzheimera
Choroba Alzheimera to przewlekłe i postępujące schorzenie charakteryzujące się stopniową utratą pamięci i nieodwracalnymi zmianami psychicznymi. Jednym z czynników powstawania tej choroby jest utrzymujący się w organizmie, zwłaszcza w obrębie ośrodkowego układu nerwowego, stan zapalny o różnej etiologii. Przyczynia się on zarówno do inicjowania rozwoju choroby, jak i do nasilenia jej objawów, przede wszystkim zaburzeń poznawczych. Ponadto podwyższony poziom CRP może nawet trzykrotnie zwiększać ryzyko wystąpienia demencji. [20]
Stan zapalny może być stymulowany przez obecność peptydu Aβ42 znajdującego się w płytkach starczych. Zapaleniu sprzyja także hiperfosforylacja białka tau oraz krążące składniki zdegenerowanych neuronów. W efekcie dochodzi do stymulacji komórek glejowych i produkcji cytokin prozapalnych, w tym białka C-reaktywnego oraz TNF-α, IL-1B i IL-6. Podwyższony poziom CRP wpływa na parakrynną bądź autokrynną stymulację komórek mikrogleju. Te z kolei syntetyzują dodatkowe ilości Aβ42, białka tau i cytokin. Dochodzi do aktywacji astrocytów i nasilenia uwalniania białek prozapalnych, wolnych rodników tlenowych oraz tlenku azotu (NO). Sprzyja to powstawaniu nierozpuszczalnych frakcji białek beta-amyloidowych (Aβ), które mają działanie neurotoksyczne. Na skutek ich kumulacji dochodzi do patologicznego dodatniego sprzężenia zwrotnego, a odpowiedź zapalna nasila proces neurodegeneracji. Potwierdzeniem tezy, że choroba Alzheimera jest schorzeniem, które może mieć związek z ogólnoustrojową reakcją zapalną, są badania pokazujące, że stosowanie niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ) opóźnia pojawianie się demencji. [20]
5.9. Udział białek CRP w przebiegu udarów mózgu
Udary mózgu są trzecią najczęstszą przyczyną zgonów na świecie. Charakteryzują się nagłym wystąpieniem ogniskowych lub uogólnionych zaburzeń czynności mózgu na skutek zaburzeń czynności naczyń krwionośnych. Wyróżnia się udary niedokrwienne i krwotoczne. Białko C-reaktywne jest jednym z markerów laboratoryjnych tych schorzeń. [21]
Białko C-reaktywne jest czynnikiem prognostycznym u pacjentów po udarze. Obserwuje się dodatnią korelację między stężeniem CRP w surowicy krwi a oceną stanu pacjenta według skali NIHSS (ang. National Institutes of Health Stroke Scale). Stężenie CRP przekraczające 10 mg/L jest zarówno jednym z czynników ryzyka powstawania udaru niedokrwiennego, jak i zmniejsza medianę przeżycia pacjentów po przebytych incydentach. [21] Inne badania wykazały, że w przypadku mężczyzn ryzyko udaru mózgu wzrasta dwukrotnie już przy stężeniu CRP powyżej 2,1 mg/l w stosunku do zdrowych osób tej samej płci. [22]
Cytokiny prozapalne wykazują istotną rolę w patogenezie i rozwoju niedokrwiennych udarów mózgu. Ich powstawanie wiąże się z wyższymi stężeniami TNF-α, IL-1β i IL-6 oraz z niższym poziomem IL-10 w osoczu krwi i w płynie mózgowo-rdzeniowym w porównaniu do osób zdrowych. To z kolei nasila syntezę i uwalnianie białek CRP. Wzrost ich poziomu w odpowiedzi na zapalenie nasila uszkodzenia tkanki nerwowej. Koreluje także z wielkością ognisk zapalnych. Wiąże się to z niekorzystnym rokowaniem u pacjentów. [21]
5.10. Rola białek CRP w otyłości
Otyłość jest chorobą przewlekłą, na którą rocznie umiera 3,4 mln osób. Związana jest z nadmierną podażą energii z pożywienia i znacznym odkładaniem się tkanki tłuszczowej, w efekcie czego dochodzi do kumulacji i zaburzenia funkcji adipocytów. Dysfunkcja tkanki tłuszczowej prowadzi do przewlekłego stanu zapalnego i aktywacji mechanizmów immunologicznych. Tkanka tłuszczowa jest również bezpośrednim źródłem cytokin prozapalnych. Należą do nich TGF-β, TNF-α, IL-1 i IL-6. W odpowiedzi na zapalenie dochodzi do wzmożonej syntezy białek C-reaktywnych. [23]
Otyłość jest silnie dodatnio związana ze stężeniem CRP w surowicy krwi. [24] Indukuje także inne choroby, w przebiegu których obserwuje się obecność łagodnego przewlekłego stanu zapalnego i wzrost CRP. Należą do nich m.in. cukrzyca typu 2 i choroba niedokrwienna serca. [23] Zapalenie indukowane otyłością może się również przyczyniać do przyspieszenia procesu starzenia się organizmu oraz do utraty masy mięśniowej. [24]
Otyłość jest jednym z elementów zespołu metabolicznego. Obserwuje się dodatnią korelację pomiędzy objawami tego zaburzenia a poziomem CRP. Stężenie markerów stanu zapalnego u osób z nadwagą i u pacjentów otyłych cierpiących na zespół metaboliczny jest znacząco większe niż u osób zdrowych. [25]